近期，韓國科學(xué)技術(shù)院Jiheong Kang團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種高性能液態(tài)金屬基的導(dǎo)電彈性體的制備方式。利用該方法利用聲場對分散有液體金屬粒子彈性導(dǎo)體復(fù)合材料內(nèi)的液態(tài)金屬粒子進(jìn)行組裝，形成液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)。由于液態(tài)金屬粒子的尺寸效應(yīng)，這種導(dǎo)電復(fù)合材料克服了液態(tài)金屬泄露的問題。其次這種具有液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)的滲流結(jié)構(gòu)和變形機(jī)使得在高變形下復(fù)合材料仍然具備高導(dǎo)電性，印刷有這種材料的柔性電路板在二維拉伸的情況下難以察覺的電阻變化。并且實(shí)現(xiàn)了在大于4000%的形變下，電阻變化仍可以忽略不計(jì)。這種方式還可以在各種聚合物基質(zhì)中生成液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)，包括水凝膠、自愈合彈性體和光阻劑，從而顯示出它們在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用潛力。該工作以題為“Universal assembly of liquid metal particles in polymers enables elastic printed circuit board”的文章發(fā)表于Science上。昆士蘭大學(xué)喬瑞瑞（音譯）和英國伯明翰大學(xué)工程系助理教授唐詩楊同期在Science發(fā)表題目為“Connecting liquid metals with sound”評論文章。

文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo6631

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade1813

圖1：液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電彈性體的制備過程

為了制備微米大小的LMPs，首先使用探針超聲器完成液態(tài)金屬的分散。隨后去除分散溶劑，置換為PU聚合物溶液，并將將LMP-PU油墨打印在PU基板上，打印線在80°C下退火24小時(shí)，以完全去除殘留的溶劑。此時(shí)印刷線是絕緣的，因?yàn)榫酆衔锘w中LMPs的粒子間距離很大，這是由天然氧化物的靜電排斥引起的。一般來說，LMPs基導(dǎo)體需要一個(gè)活化（燒結(jié)）步驟來互連LMPs并實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)率。現(xiàn)階段有各種活化方法，如應(yīng)用外力、高溫?zé)Y(jié)和激光燒結(jié)等。這些方法通常破壞了LMPs的天然氧化層，并使得大量的液態(tài)金屬泄漏到其他LMPs的腔體內(nèi)，使得互聯(lián)互通，因此也容易導(dǎo)致液體金屬外泄。但是在這篇文章中，采用聲場應(yīng)用于作為印刷的LMPs-PU線，在聚合物基體中形成高導(dǎo)電LMPs組裝網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)液體金屬的互通，由于分散的液體金屬仍保持微米甚至納米級的顆粒狀，因此該材料不會發(fā)生液體金屬的泄漏。

圖2：液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電彈性體性能表征

液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電彈性體在100%應(yīng)變時(shí)電阻變化為零（R/Ro = 1.00），在600%、2000%和4100%應(yīng)變時(shí)都具有良好的導(dǎo)電率（R/Ro分別為 1.41、5.18和20.8）。這種材料還具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在磷酸鹽緩沖鹽水中浸泡16周性能依然如初。也具備高循環(huán)穩(wěn)定性（100%應(yīng)變下15000次循環(huán)，300%應(yīng)變下8000次循環(huán)，500%應(yīng)變下1200次循環(huán)性能完好）。 即使在雙軸拉伸條件下，其電阻也沒有發(fā)生明顯的變化。這證明了液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電彈性體優(yōu)良的性能。

這種基于聲場形成液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)的策略適用于大多數(shù)聚合物基質(zhì)。通過實(shí)驗(yàn)成功地在超過15種具有不同化學(xué)和機(jī)械性能的不同聚合物中形成了液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)。我們還使用其他具有不同熔化溫度和組成的液態(tài)金屬合金證實(shí)了液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)的形成。所有的液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)體系都表現(xiàn)出高導(dǎo)率。

小結(jié)：這篇文章報(bào)道了一種高導(dǎo)電和堅(jiān)韌的液體金屬基彈性導(dǎo)體的通用合成路線，通過聲場作用于液體金屬-聚合物復(fù)合材料，形成了包括一個(gè)長程有序組裝的液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高變形下材料電阻變化幾乎不變。這種方式可以在各種聚合物基質(zhì)中生成液態(tài)金屬粒子網(wǎng)絡(luò)，證明其通用性。這種合成方式的柔性電子材料可以滿足多種柔性電子設(shè)備的性能需求，有巨大的應(yīng)用潛力。

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